111 專技高考高等考試 水土保持技師 水土保持規劃設計（包括水土保持法規） 考古題詳解

核心觀念

本題屬於「野溪治理」與「山坡地邊坡穩定工程」的整合型核心考題，重點評量考生對溪流動力學、邊坡破壞力學機制的理解，以及將理論轉化為工程規劃配置之實務能力。

1. 水力與力學機制：依據莫耳—庫倫準則（Mohr-Coulomb criterion）與太沙基有效應力原理（Terzaghi's effective stress principle）： $\tau_f = c' + (\sigma - u)\tan\phi'$ 溪岸崩塌的本質是水流沖刷降低了抗滑力矩（破壞坡腳幾何支撐），以及地下水與入滲水使孔隙水壓 $u$ 升高、土壤飽和容重 $\gamma_{sat}$ 增加，導致抗剪強度 $\tau_f$ 下降、下滑力矩增加，使得安全係數 $FS < 1.0$。
2. 法規與規範依據：以命題當年（民國 111 年）法規為準，規劃原則需依循《水土保持技術規範》（野溪治理、護岸工程、固床工、植生工等章節）之規定，兼顧「治山防災」、「通洪安全」與「生態檢核友善環境」。

解題方法

本題為標準的雙子題申論架構，作答切入點應採「外力與內因系統分析法」及「治水治坡並重原則」：

1. 原因分析（Why）：不可僅流於表面描寫，應從「水動力沖蝕（外力誘發）」、「地體地質與力學（內在弱化）」、「水文排水機制（孔隙水壓）」及「人為與環境擾動（附加外力）」四個維度條理化解析。
2. 治理規劃原則（How）：依據水土保持工程的工法配置順序，由下而上、由點至面展開，遵循「治本先固腳（穩定溪床與坡腳）」、「引水不拒水（調整流向與消能）」、「排裡兼排表（水文排水）」、「護坡減滑動（整坡固土）」與「生態近自然（兼顧環境）」的五大系統性原則。

選項分析

本題為申論題型，無選項。在國家考試閱卷標準中，配分結構通常為：

• 原因部分（約 10～12 分）：能否準確點出「水流側蝕掏刷坡腳」與「孔隙水壓升高/水位驟降效應」這兩大核心力學成因。
• 治理原則部分（約 13～15 分）：能否寫出具體工程手段（如固床工、護岸、丁壩、截排水、打樁編柵等）之對應邏輯，而非空泛描述。

解題技巧

1. 因果對應法：治理原則必須直接對應崩塌原因（例如：原因寫「坡腳掏刷」，原則就要對應「護岸基腳加固與固床工固定侵蝕基準面」；原因寫「地下水孔隙水壓高」，原則就要對應「坡面盲溝與仰斜排水孔」）。
2. 公式佐證：在文字陳述中帶入簡要的邊坡穩定力學因子（抗剪強度、孔隙水壓、下滑力矩與抗滑力矩），能向閱卷委員展現技師級的專業度。
3. 系統思維：切忌只談「做護岸」，野溪治理是三維空間系統，必須兼顧「縱坡控制（固床工）」、「橫向保護（護岸/丁壩）」與「坡面水土保持（截水溝與植生）」。

【答案】

一、溪岸發生土體崩塌之原因

溪岸土體崩塌係由外部水動力沖蝕作用與內部土體抗剪剪力降低共同誘發，依其機制可歸納為以下四大面向：

1. 水動力沖刷與坡腳淘空（主要誘因）

• 凹岸沖蝕（側蝕作用）：溪流流經彎道時，受離心力與二次流（橫向環流）作用，水流主流線緊貼凹岸，底床剪應力顯著集中，持續沖刷溪岸基腳，使溪岸形成懸空懸臂狀，坡腳失去支撐引發剪力破壞。
• 溪床下切（縱向沖刷）：野溪縱坡陡急，若缺乏固床工或地質抗蝕層，激流易造成溪床下切，降低侵蝕基準面，相對增加溪岸邊坡的裸露高度與邊坡傾角，劣化其穩定度。

2. 水文條件與孔隙水壓遽增

• 雨水入滲與地下水位上升：強降雨期間，水分大量入滲岸體，土體由非飽和轉為飽和狀態，土體容重由濕重增加為飽和重（$\gamma_{sat}$），直接增大邊坡之下滑力矩；

核心觀念

本題為民國 111 年專技高考水土保持技師「水土保持規劃設計（包括水土保持法規）」之經典整合題，涵蓋「農塘與坡地滯洪設施之規劃機能差異」之申論觀念，以及「三角形水文歷線滯洪量估算」與「孔口水力學出流公式」之工程計算。涉及法規以命題當年（民國 111 年）法規為準。

1. 農塘 vs. 坡地土地開發滯洪設施之定位：

• 農塘（Farm Pond）：多目標使用，以常態蓄水（灌溉、防旱、生態、景觀）為主，並利用常水位以上之容量兼具防洪與滯洪效益。
• 坡地開發滯洪設施（Detention Basin）：以單一防洪減災為主，依《水土保持技術規範》第 78 條規定，旨在削減土地開發（增加不透水面積）所增加之洪峰流量，規定開發後洪峰流量不得大於開發前洪峰流量。

2. 滯洪量計算原理（三角形水文歷線法）： 依《水土保持技術規範》第 80 條，滯洪設施容量之推算得採用三角形水文歷線法。滯洪所需容量為入流歷線與出流歷線圍成之差額蓄洪體積： $V_s = \frac{1}{2} (Q_{in} - Q_{out}) \times T_b$ 式中，$Q_{in}$ 為入流洪峰流量，$Q_{out}$ 為出流洪峰流量，$T_b$ 為水文歷線基期。
3. 孔口出流公式（Orifice Flow Equation）： 依《水土保持技術規範》第 82 條，孔口出流公式為： $Q = C_d A \sqrt{2gH}$ 式中：

• $Q$：出流流量（$\mathrm{m^3/s}$）。
• $C_d$：孔口流量係數（標準孔口一般取 $0.60$ 至 $0.62$）。
• $A$：孔口斷面積（$\mathrm{m^2}$），圓形孔口 $A = \frac{\pi}{4} D^2$。
• $g$：重力加速度（$9.81\ \mathrm{m/s^2}$）。
• $H$：有效作用水頭（水面至孔口形心之垂直距離，$\mathrm{m}$）。

解題方法

第一部分：農塘滯洪與一般坡地土地開發滯洪設施的主要差異

農塘與一般坡地滯洪設施雖然在暴雨期間皆能削減下游洪峰，但在功能定位、水庫容量配置、出流操作及法規目的上有本質上的差異：

1. 功能定位與目標效益：

• 農塘：屬於「多目標水利設施」，主要功能為平時蓄水以供農業灌溉、抗旱、景觀及生態棲地營造，兼具暴雨時之削峰滯洪功能。
• 一般坡地滯洪設施：屬於「單一防災水土保持設施」，其核心目的在於補償坡地開發（建物、道路等）造成入滲減少、逕流增加之衝擊，維持開發前後水文平衡。

2. 蓄水空間與常時水位配置：

• 農塘：常態下維持高水位（常水位／蓄水水位），平時保有「常態蓄水容量」；滯洪功能僅能利用常水位至溢洪頂（或孔口溢流高）之間的「暫態滯洪空間」。
• 一般坡地滯洪設施：絕大多數採「乾式滯洪池（Dry Detention Pond）」，平時池底無蓄水（維持全排乾狀態），使全部池容隨時處於備用狀態；若為濕式滯洪池，其滯洪空間亦嚴格獨立保留於常水位上方。

3. 出流設施配置與放水機制：

• 農塘：底部通常設有可手動或自動啟閉之灌溉取水閥門、暗管，高程較高處則設有天然溢洪道、溢洪堰或孔口，以便蓄存雨水後作長期調節利用。
• 一般坡地滯洪設施：底部設有不可關閉之重力式低放水孔管（Low-flow Orifice），暴雨後能依照規範時限（一般為 24 至 48 小時內）將滯洪水體自動完全排空，以迎接下一場降雨。

4. 法規要求與維護管理：

• 農塘：受農業用地利用與農業水資源相關規範管轄，管理著重於水質清澈、防止漏水滲漏與蓄水淤積。
• 一般坡地滯洪設施：嚴格受《水土保持法》及《水土保持技術規範》約束，水土保持義務人須定期清淤沉砂池並巡檢孔口，防範滯洪容積遭泥砂填滿而喪失法定防災防洪功能。

第二部分：計算題推導

(一) 計算農塘所需滯洪量

本題題目未給定降雨延時或水文歷線基期 $T_b$，依水土保持工程考題慣例與合理設計規範，假設入流水文歷線基期為 $T_b = 1\ \mathrm{hr} = 3,600\ \mathrm{s}$ 進行推算。

1. 已知條件：

• 50 年重現期距入流洪峰流量 $Q_{in} = 64\ \mathrm{cms} = 64\ \mathrm{m^3/s}$。
• 圓形孔口出流洪峰流量 $Q_{out} = 29\ \mathrm{cms} = 29\ \mathrm{m^3/s}$。

2. 依三角形水文歷線法計算： 滯洪所需容量即為入流三角形歷線與出流歷線之差值體積：

核心觀念

本題考查梯形渠道各部分材質不同時，如何由渠道綜合曼寧粗糙係數反算底床粗糙係數。採用依濕周加權的綜合粗糙係數公式：

其中 $n_c$ 為渠道綜合粗糙係數，$P_i$ 為各部分濕周長，$n_i$ 為該部分粗糙係數，$P=\sum_i P_i$ 為總濕周長。

解題方法

由圖示可讀出渠底寬 $b=8.0\ \text{m}$、水深 $y=2.5\ \text{m}$，邊坡水平：垂直為 $0.5:1$。每側邊坡的水平投影為：

因此，每側邊壁的濕周長為：

核心觀念

本題旨在測驗土石流潛勢溪流與集水區防砂規劃中，最關鍵的土砂收支平衡（Sediment Budget Balance）原理與分區治理規劃策略。 本題依據命題當年（民國 111 年）現行之《水土保持技術規範》及《水土保持手冊（防砂工程篇）》為準。核心觀念包含：

1. 防砂基準土砂量體系：土石流治理並非將所有土砂完全攔阻，而是依流域安全平衡概念，估算「計畫流出土砂量」、「計畫容許流出土砂量」，並推求「計畫處理土砂量」。
2. 處理土砂之功能分工：治理工程對土砂的作用機制可分為「源頭抑制」、「中游攔阻」與「時程調節」。
3. 因地制宜之工程配置：依土石流運動分區（發生區、流通區、堆積區）布設相應之結構物與水土保持措施。

解題方法

本題為標準的觀念型申論題，作答時切入架構應掌握「量體定義 $\rightarrow$ 相應措施 $\rightarrow$ 數學平衡關係」三大軸線：

1. 界定土砂量類別：

• 首先列出流域收支之宏觀指標：計畫總土砂量（產砂總量）、計畫流出土砂量、計畫容許流出土砂量、計畫處理土砂量。
• 其次列出工程手段之功能細分量：計畫抑制土砂量、計畫攔阻土砂量、計畫調節土砂量。

2. 對應相應治理措施：

• 依土石流發生運動機制（發生區／源頭、流通區、堆積區／保全對象區），針對上述各計畫土砂量分別提出具體之水土保持與防砂工程手段。

3. 建立各土砂量之數學平衡關係：

• 寫出嚴密的土砂平衡控制方程式，以公式推導呈現各項土砂量之加減邏輯，證明治理系統滿足「不致造成下游保全對象災害」之收支閉合條件。

詳細解析與考點分析

一、計畫土砂量之定義及其相應治理措施

二、各土砂量間之數學平衡關係

土石流治理規劃之首要原則為土砂平衡收支方程式之平衡。控制斷面處之土砂量平衡關係如下：

1. 基本處理差額關係式： 計畫處理土砂量 ($V_c$) 係指計畫流出土砂量 ($V_e$) 超過下游河道承載能力 ($V_a$) 之差額： $V_c = V_e - V_a$ 變形後亦即： $V_e = V_c + V_a$

2. 治理功能分解關係式： 治理措施所需控制之處理土砂量 ($V_c$)，由抑制、攔阻與調節三者共同承擔： $V_c = V_s + V_b + V_r$

3. 系統綜合平衡方程式： 將治理措施分量代入基本關係式，得全流域土砂收支平衡總式： $V_e = V_s + V_b + V_r + V_a$